DE2309337C3

DE2309337C3 - Start-up control for cold steam chillers

Info

Publication number: DE2309337C3
Application number: DE19732309337
Authority: DE
Inventors: Gottfried Dipl.-Ing. Ddr 9804 Netzschkau Albert; Siegfried Ddr 9801 Buchwald Ernst; Herbert Ddr 9801 Limbach Seifert; Guenter Ddr 9804 Netzschkau Thomas
Original assignee: VEB KOMBINAT LUFT- und KAELTETECHNIK DDR 8080 DRESDEN
Current assignee: VEB KOMBINAT LUFT- und KAELTETECHNIK DDR 8080 DRESDEN
Priority date: 1972-03-24
Filing date: 1973-02-24
Publication date: 1979-04-05
Also published as: FR2178619A5; DE2309337A1; DD100533A1; DE2309337B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anfahrregelung für Kaltdampfkältemaschinen mit Verdichter ohne eigene Leistungsregelung, insbesondere für Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältemaschinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung.The invention relates to a start-up control for cold steam chillers with a compressor without own power control, especially for low temperature levels of multi-stage cold steam chillers, for example in cascade connection.

Bei mittleren und großen Verdichtern ist es üblich, leistungsmindernde Einrichtungen vorzusehen, die der Anpassung an den Kältebedarf und ggf. auch als Anfahrregelung dienen können.With medium-sized and large compressors, it is common to provide performance-reducing devices that the Adaptation to the cooling requirement and, if necessary, can also serve as a start-up control.

Für kleinere Verdichter ist dies bekanntlich nicht üblich. Da aber auch dort, z. B. beim Anfahren aus hohen Temoeraturbereichen in bestimmten Fällen, wie u. a. bei Kaltdampfkältemaschinen für tiefe Temperaturen, leistungsmindernde Mittel vorteilhaft sind, wurden einige Lösungen bekannt
Drehzahlregelungen durch elektrische oder mechanisehe Mittel sind aufwendig und haben sich nicht durchsetzen können.As is well known, this is not common for smaller compressors. But there, too, z. B. when starting from high temperature ranges in certain cases, such as in cold steam chillers for low temperatures, performance-reducing agents are advantageous, some solutions have been known
Speed controls by electrical or mechanical means are complex and have not been able to prevail.

Sehr verbreitet hingegen sind thermostatische Einspritzventile mit Druckbegrenzung. Bei ihrem Einsatz in mehrstufigein Kaltdampfkältemaschinen, so auch inOn the other hand, thermostatic injection valves with pressure limitation are very common. When used in multi-stage in cold steam chillers, also in

to Kaskadenschaltungen, lassen sich indessen nicht immer solche Betriebszustände vermeiden, bei denen in Teilkreisläufen unzulässig hohe Drücke auftreten.to cascade connections, however, can not always Avoid operating conditions in which impermissibly high pressures occur in partial circuits.

Für eine Kaskadenkältemaschine wurde deshalb beispielsweise vorgeschlagen, im Tieftemperaturkreis-For a cascade refrigeration machine, it was therefore proposed, for example, in the low-temperature circuit

lauf auf der Druckseite des Verdichters einen Oberdruckwächter vorzusehen, der keine Wiedereinschaltsperre besitzt Er sollte den Verdichter bei zu hohem Druck aus- und nach erfolgtem Druckabbau wieder einschalten. In der Praxis zeigt sich, daß ^e nach Auslegung und Betriebsweise der Anfahrvorgang viele Schaltzyklen mit den bekannten Nachteilen einer solchen verschleißbehafteten Betriebsweise umfassen kann. Noch schwieriger zu beherrschen sind u.U. mehrstufige Kaltdampfkältemaschinen, die für direkte und indirekte Kühlung ausgelegt sind. Diese haben bedeutende Vorteile, wenn z. B. automatisch mit direkter Kühlung der Raum auf sehr tiefe Temperaturen gehalten werden soll and mit derselben Kältemaschine, jedoch mit indirekter Kühlung mit hoher Genauigkeit im üblichen Bereich klimatisiert werden muß. Um hier die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden, ist ein großer apparativer und regelungstechnischer Aufwand notwendig, wobei die Zuverlässigkeit zwangsläufig darunter leideta pressure switch is running on the pressure side of the compressor to be provided that does not have a restart lock. It should stop the compressor when the Switch the pressure off and on again after the pressure has been reduced. In practice it turns out that ^ e after Design and operation of the start-up process many switching cycles with the known disadvantages of a may include such wear-prone mode of operation. It may be even more difficult to master. multi-stage cold steam chillers designed for direct and indirect cooling. Have this significant advantages when e.g. B. automatically with direct cooling the room should be kept at very low temperatures and with the same cooling machine, however, it must be air-conditioned with indirect cooling with high accuracy in the usual range. Around Here Avoiding the disadvantages outlined above is a great expense in terms of apparatus and control technology necessary, whereby the reliability inevitably suffers

Zweck der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile zu vermeiden oder zumindest weitgehend zu mindern.The purpose of the invention is to avoid or at least largely to avoid the disadvantages outlined reduce.

Mit der Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, in Kaltdampfkältemaschinen bei Verdichtern ohne eigene Leistungsregelung beim Anfahren tjs Temperaturbereichen, die beträchtlich über den Auslegungstemperaturen liegen, einen Betrieb mit laufendem Ein- und Ausschalten des Verdichters zu vermeiden. Dies gilt insbesondere auch für Verdichter in den Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältemaschinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung. Ein solcher verschleißbehafteter Betrieb soll auch in Kaltdampfkältemaschinen mit kombinierter direkter und indirekter Kühlung besonders dann vermieden werden, wenn vonWith the invention, the object is to be achieved in cold steam refrigeration machines with compressors without their own Power control when starting up tjs temperature ranges, which are considerably above the design temperatures, an operation with ongoing inlet and outlet Avoid switching off the compressor. This also applies in particular to compressors in the low-temperature stages multi-stage cold steam chillers, for example in cascade connection. Such a wear-prone Operation should also be in cold steam chillers with combined direct and indirect Cooling should be avoided especially when of

so einem Zustand, bei dem der Wärmeträger in dem für seine Kühlung zuständigen Wärmeübertrager funktionsnotwendig (z. B. bei indirektem Kühlbetrieb) oder zwangsläufig (z. B. infolge einer im übrigen sehr vorteilhaften Schaltung) stark gekühlt wurde, anschließend mit direkter Betriebsweise gekühlt werden soll. Ferner sollen ein schonender Verdichterbetrieb und eine erhöhte Zuverlässigkeit erzielt werden.such a state in which the heat transfer medium is functionally necessary in the heat exchanger responsible for its cooling (e.g. with indirect cooling operation) or inevitably (e.g. as a result of an otherwise very advantageous circuit) was strongly cooled, is then to be cooled with direct mode of operation. Furthermore, a gentle compressor operation and increased reliability should be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß Verdichter ohne eigene Leistungsregelung in Kaltdampfkältemaschinen, insbesondere Verdichter in Tieftemperaturstufen mehrstufiger Kaltdampfkältema schinen, beispielsweise in Kaskadenschaltung, auf der Druckseite des Verdichters außer einem Oberdruckwächter einen zweiten Druckwächter besitzen, dessen oberer Schaltpunkt um einen bestimmten Betrag unter dem Schaltpunkt eingestellt ist, der im Oberdruckwächter den höchstzulässigen Betriebsdruck festlegt, daß beide Druckwächter ohne Wiedereinschaltsperre aus-According to the invention, this object is achieved in that the compressor without its own power control in Cold steam chillers, especially compressors in low temperature stages, multi-stage cold steam chillers machines, for example in a cascade connection, on the pressure side of the compressor apart from an overpressure monitor have a second pressure monitor whose upper switching point falls below a certain amount the switching point is set, which determines the maximum permissible operating pressure in the pressure switch, that turn off both pressure monitors without a restart lock

geführt sind und der Oberdruckwächter in an sich bekannter Weise mit dem Antriebsmotor des Verdichters, der zweite Druckwächter jedoch Ober Schaltgeräte mit leistungsmindernden Stellgliedern, z. B, Magnetventilen verbunden istare performed and the high pressure monitor in a known manner with the drive motor of the compressor, the second pressure monitor, however, over switching devices with power-reducing actuators, e.g. B, solenoid valves connected is

Nach einem weiteren Erfindungsgedanken finden als solche je ein Magnetventil in einer Bypaßleitung zum Verdichter und/oder ein Magnetventil in einer Flüssigkeitsleitung zum Verdampfer der Tieftemperaturstufe einer Kaltdampflcältemaschine in Kaskadenschaltung Verwendung.According to a further inventive concept, each find a solenoid valve in a bypass line as such Compressor and / or a solenoid valve in a liquid line to the evaporator of the low temperature stage a cold steam refrigerator in cascade connection Use.

Ist im Falle eines Druckanstieges der obere Schaltivunkt des zweiten Druckwächters noch nicht erreicht, so ist das Magnetventil in der Flüssigkeitsleitung geöffnet und das in aer Bypaßleitung geschlossen. Wird dieser obere Schaltpunkt erreicht bzw. überschritten, so werden beide Magnetventile umgeschaltet Während des dadurch ausgelösten Druckabbaues bleiben die Magnetventile in ihrer Ventilstellung im Bereich der Schaltdifferenz des zweiten Druckwächters unverändert Sie werden erst dann wieder umgeschaltet, wenn der untere Schaitpunkt erreicht wird.If the pressure rises, the upper switching point of the second pressure switch is not yet reached, the solenoid valve in the liquid line is open and that in the bypass line is closed. If this upper switching point is reached or exceeded, both solenoid valves are switched over During the pressure reduction triggered by this, the solenoid valves remain in their valve position in The range of the switching differential of the second pressure switch remains unchanged. They are only switched over again when when the lower switching point is reached.

Schließlich kann auch ein Temperaturregler auf diesen Magnetventile einwirken, je nach anstehendem Regelsignal. Der zweite Druckwächter dominiert jedoch gegenüber dem Temperaturregler.Finally, a temperature controller can also act on these solenoid valves, depending on what is going on Control signal. The second pressure monitor, however, dominates over the temperature controller.

Anhand eines Ausführungsbeispieles soll nun die Wirkungsweise erläutert werden:The mode of operation will now be explained using an exemplary embodiment:

In der Zeichnung ist schematisch eine R 22/R 13-Kaltdampfkältemaschine in Kaskadenschaltung für direkte und indirekte Kühlung dargestelltThe drawing shows a R 22 / R 13 cold steam chiller in cascade connection for direct and indirect cooling

Mit 1 ist ein Verdichter, mit 2 ein Verflüssiger und mit 3 ein Einspritzorgan der R22Siule bezeichnet Das Kopplungselement zwischen der R 22- und der R13-Stufe ist ein Verdampferkondensator 4. Zur R 22-Stufe gehören dessen R 22-Raum S und ein R 22-Raum 6 eines Wärmeübertragers 7 für einen Wärmeträger sowie Verbindungsleitungen. Nach dem Wärmeübertrager 7 ist ein zum Einspritzorgan 3 gehörender Fühler 8 wärmeleitend mit der Verdichter-Saugleitung 9 verbunden. Zum Kreislauf des Wärmeträgers gehören im wesentlichen ein Wärmeträgerraum 10 des Wärmeübertragers 7, Kreislauf elemente 11 (ζ. Β weitere Wärmeübertrager als Kühlstellen, Armaturen usw.), sowie eine Pumpe 12 und Verbindungsleitungen. Der R 13-Kreislauf wird gebildet aus einem Verdichter 13, R 13-Raum 14 des Verdampferkondensators 4, Magnetventil 15 und Drosselstelle 16 in der Flüssigkeitsleitung 17, Verdampfer 18, Magnefentil 19 in der Bypaßleitung 20 und Druckausgleichbehälter 21 sowie den Verbindungsleitungen. Femer sind mit 22 ein Antriebsmotor für Verdichter 13, mit 23 ein Überdruckwächter, mit 24 ein zweiter Druckwächter, mit 25 ein Fühler eines Temperaturreglers und mit 26 eine komplette elektrische Schalt- und Regeleinrichtung bezeichnet die über eine Zuleitung 27 mit einem Drehstromnetz 28 verbunden ist1 is a compressor, 2 is a condenser and 3 is an injector of the R22Siule . The coupling element between the R 22 and R 13 stage is an evaporator condenser 4. The R 22 stage includes its R 22 space S and a R 22 space 6 of a heat exchanger 7 for a heat transfer medium and connecting lines. After the heat exchanger 7, a sensor 8 belonging to the injection element 3 is connected to the compressor suction line 9 in a thermally conductive manner. The circuit of the heat carrier essentially includes a heat carrier chamber 10 of the heat exchanger 7, circuit elements 11 (ζ. Β other heat exchangers as cooling points, fittings, etc.), and a pump 12 and connecting lines. The R 13 circuit is formed from a compressor 13, R 13 chamber 14 of the evaporator condenser 4, solenoid valve 15 and throttle point 16 in the liquid line 17, evaporator 18, solenoid valve 19 in the bypass line 20 and pressure equalization tank 21 and the connecting lines. Furthermore, 22 denotes a drive motor for compressor 13, 23 an overpressure monitor, 24 a second pressure monitor, 25 a sensor of a temperature controller and 26 denotes a complete electrical switching and control device which is connected to a three-phase network 28 via a feed line 27

Wenn an den Kühlstellen der Kreislaufelemente 11 Wärme abgeführt werden soll, dann genügt es offensichtlich, den R 22- Kreislauf zu betreiben und den Wärmeträger in seinem Kreislauf durch die Pumpe 12 umzuwälzen. Die bei U aufgenommene Wärme wird im Wärmeübertrager 7 vom Wärmeträger an das Kältemittel R 22 abgegeben und in bekannter Weise über das Kühlwasser aus dem Verflüssiger 2 an die Umgebung geleitet Der Wärmeträger kann, falls erforderlich, auf relativ niedrige Temperaturen abgekühlt worden sein. Soll jetzt aber Wärme bei noch tieferen Temperaturen über den Verdampfer 18 abgeführt werden, so zeigt sich nach Anlauf des Verdichters 13, daß sich sehr schnell eine hoher Druck auf der R 13-Druckseite aufbaut Das liegt daran, daß das Einspritzorgan 3 von seinem Fühler 8 ein Signal erhält das nicht dem Zustand des R 22 am Austritt aus dem R 22-Raum 5 des Verdampferkondensators 4 entspricht sondern durch den noch kalten Wärmeträger im Wärmeübertrager 7 verfälscht wird. Das Einspritzorgan 3 reagiert deshalb wie auf das Fühlersignal »Überhitzung zu klein« und drosselt den Ä22-Flüssigkeitsstrom. Dadurch wird der Verdampferkondensator 4 zu wenig mit R 22 beaufschlagt und ist nicht in der Lage, die vom R 13-Kreislauf zugeführte Wärmemenge bei einer zulässigen Temperaturdifferenz an den R 22-Kreislauf zu übertragen.If heat is to be dissipated at the cooling points of the circuit elements 11, then it is obviously sufficient to operate the R 22 circuit and to circulate the heat transfer medium in its circuit by the pump 12. The heat absorbed at U is transferred from the heat transfer medium to the refrigerant R 22 in the heat exchanger 7 and passed to the environment in a known manner via the cooling water from the condenser 2. The heat transfer medium can, if necessary, have been cooled to relatively low temperatures. If, however, heat is to be dissipated via the evaporator 18 at even lower temperatures, it becomes apparent after the compressor 13 has started up that a high pressure builds up very quickly on the R 13 pressure side a signal is received that does not correspond to the state of the R 22 at the exit from the R 22 space 5 of the evaporator condenser 4 but is falsified by the still cold heat transfer medium in the heat exchanger 7. The injector 3 therefore reacts like to the sensor signal “overheating too small” and throttles the 22 liquid flow. As a result, the evaporator condenser 4 has too little R 22 applied to it and is not able to transfer the amount of heat supplied by the R 13 circuit to the R 22 circuit at a permissible temperature difference.

Die Folge ist trotz ggf. druckbegreriztem thermostatischen Einspritzventil als Drosselstelle 16 der obenerwähnte Druckanstieg.In spite of the possibly pressure-limited thermostatic effect, the result is Injection valve as a throttle point 16, the above-mentioned pressure increase.

Bevor jedoch der Verdichter 13 om Überdruck wächter 23 aus- und nach Absinken des R J3 Druckes wieder eingeschaltet werden kann und, wie die Erfahrung zeigt ein relativ langanhaltender »Ein«- »Aus«-Betrieb des Verdichters 13 einsetzen Kann, spricht der zweite Druckwächter 24 an. Dieser öffnet wenn der R 13-Druck seinem oberen Schaltpunkt entspricht das Magnetventil 19 und schließt gleichzeitig das Magnetventil IS. Dadurch wird bei weiterlaufendem Verdichter 13 der Druck abgebaut bis der untere Schaltpunkt des Druckwächters 24 erreicht wird Jetzt werden die Magnetventile 15 und 19 wieder umgeschaltet Entsprechend dem Schaltrhythmus des zweiten Druckwächters wird die R 13-Verdichtungs- und zeitweise die Kondensationswärme im Verdampferkondensator 4 dem R 22- Kreislauf übertragen. Nach einer Reihe von Schaltzyklen ist der Wärmeträger im Wärmeübertrager 7 so weit erwärmt daß das Fühlersigna] etwa dem Austrittszustand am /?22-^v~aum 5 entspricht und der Normalbetrieb beginnt Auf die Magnetventile 15 und 19 wirkt von nun an wieder allein der ~emperaturregler und sein Fühler 25.However, before the compressor 13 can be switched off via the overpressure monitor 23 and switched on again after the R J3 pressure has dropped and, as experience shows, the compressor 13 can operate for a relatively long time "On" - "Off", the second pressure monitor speaks 24 at. This opens when the R 13 pressure corresponds to its upper switching point, the solenoid valve 19 and closes the solenoid valve IS at the same time. Is thus the pressure is reduced while continuing to compressor 13 reaches to the lower switching point of the pressure switch 24 Now, the solenoid valves 15 and 19 are again switched according to the switching cycle of the second pressure switch is the R13-compression and partly the heat of condensation in the evaporator-condenser 4 to R 22 - Transfer cycle. After a series of switching cycles, the heat transfer medium in the heat exchanger 7 has been heated to such an extent that the sensor signal corresponds approximately to the exit state at / 22- ^v ~ aum 5 and normal operation begins. From now on, only the temperature controller acts on the solenoid valves 15 and 19 again and its feeler 25.

Das gleiche Verhalten zeigt sich auch, wenn nicht über den Wärmeträger gekühlt wurde, sondern mit dem Verdampfer 18, und zwar in Temperaturbereichen, bei denen nur kleine Kühleffekte benötigt werden. Auch dabei wird im Wärmeübertrager 7 der Wärmeträger zwangsläufig während des längeren Bypaßbetriebes abgekühlt was sich in gleicher Weise wie oben beschrieben auswirktThe same behavior can also be seen if not Was cooled by the heat transfer medium, but with the evaporator 18, in temperature ranges at which only need small cooling effects. Here, too, the heat transfer medium is in the heat exchanger 7 inevitably cooled down during the longer bypass operation, which is the same as above described affects

Es wurde im übrigen gefunden, daß diese Anordnung auch beim Anfahren aus dem Normalzustand vorteilhaft ist indent die bei ökonomisch vertretbarer Auslegung und al'en vorhandenem Überdruckwächter 23 auftretenden mehrmaligen »Ein«-»Aus«-Schaltungen des Verdichters 13 durch geeignete Einstellung Jes zweiten Druckwächters 24 unterdrückt werden können.It has also been found that this arrangement is also advantageous when starting up from the normal state is indent that which occurs with an economically justifiable design and al'existing overpressure switch 23 repeated "On" - "Off" switching of the compressor 13 by suitable setting of the second Pressure switch 24 can be suppressed.

Eingehende Betrachtungen haben ferner gezeigt, daß die vorgeschlagene Anordnung hinsichtlich des apparativen und regelungjtechnischen Aufwandes und damit auch bezüglich der Kosten den geringsten Aufwand gegenüber anderen Schaltungen aufweist DamH wird auch eine größere Zuverlässigkeit erreicht, zumal außerdem der Druck im R 13-Kreislauf durch zwei Druckwächter begrenzt wird.In-depth considerations have also shown that the proposed arrangement has the least expense compared to other circuits in terms of equipment and control engineering effort and thus also in terms of costs. Greater reliability is also achieved, especially since the pressure in the R 13 circuit is also limited by two pressure monitors will.

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Start-up control for cold steam chillers with compressor without its own capacity control, especially for multi-stage low-temperature stages Cold steam chillers, for example in cascade connection, characterized in that that the compressor (13) has a second pressure monitor on its pressure side in addition to an upper pressure monitor (23) (24) whose upper switching point is below the switching point by a certain amount is set, which determines the maximum permissible operating pressure in the overpressure monitor (23), so that both the high pressure monitor (23) and the second pressure monitor (24) are designed without a restart lock are and the pressure monitor (23) in a known manner with the drive motor (22) of the compressor (13), the second pressure monitor (24), however, via switching devices with power-reducing devices Actuators i. z. B. solenoid valves (15, 19) connected is

2. Start-up control according to claim 1, characterized in that a solenoid valve (19) in a Bypass line (20) to the compressor (13) and / or a solenoid valve (15) in a liquid line (17) to the evaporator (18) of the low temperature stage of a cold steam chiller installed in a cascade connection is

3. Start-up control according to claim 1 and 2, characterized in that in the event of a pressure increase at a pressure on the pressure side of the compressor (13) smaller than the upper switching point of the second pressure switch (24) the solenoid valve (15) in the Liquid line (17) is open and the solenoid valve (19) in the bypass line (.0) is closed, while the solenoid valve (15) in the liquid line (17) is closed and the solenoid valve (19) in the bypass line (20) is open, provided that the upper switching point of the second pressure switch (24) is reached or is exceeded and this position of the solenoid valves (15, 19) when the pressure is reduced in the area the switching differential of the second pressure switch (241 remains unchanged

4. Start-up control according to claim I to 3, characterized in that there is also a temperature controller its sensor (25) in a manner corresponding to the cooling requirement with the same actuators, z. B. the solenoid valves (15,19) is connected, the second pressure switch (24) opposite the The control signal of the temperature controller and its sensor (25), however, has a preferred circuit.